音响设备原理与维修

电子教学参考资料包音响设备原理与维修主编童建华3／420目录第1章音响设备概述第2章调谐器第3章录音座第4章功率放大器第5章调音台第6章家庭影院AV系统第7章数字音响设备第8章音响设备的故障检修实验指导实验1-84／420第1章音响设备概述1.1音响技术的基本概念1.2高保真音响系统的基本组成1.3音响设备的基本性能指标1.4声音的基本知识返回5／420第1章音响设备概述1.1音响技术的基本概念1.1.1音响的基本概念在音响技术中，音响是指通过放声系统重现出来的声音。如通过组合音响重现CD片或磁带中的音乐、歌曲及其他声音，又如演出现场通过扩音系统播放出来的歌声和音乐声等，都属于音响范畴。能够重现声音的放声系统，称为音响系统。1.1.2高保真（Hi-Fi）及高保真音响系统的属性高保真音响系统有3个重要的属性。（1）如实地重现原始声音。声音在人耳听觉中用音量、音调和音色3个主观参量来描述，称为声音三要素。如实地重现原始声音，就是要保持原有音质，使人感觉不到所反映的原始声音质量的三要素有何畸变。这是高保真的基本属性。（2）如实地重现原始声场。室内声场是由声源、直达声、反射声和混响声构成的。原始声场反映的是一种立体声。所以，高保真音响系统必须是立体声放声系统。立体声是高保真的重要属性之一。（3）能够对音频信号进行加工修饰。高保真音响系统还允许人们根据自己的爱好，对音频信号进行修饰美化，使声音更加优美动听。这也是高保真的重要属性。第1章目录6／420第1章音响设备概述1.1.3音响技术的现状今天的音响设备，可用高保真（Hi-Fi）化、立体声化、环绕声化、自动化、数字化来概括其特点。（1）高保真化。高保真（Hi-Fi）地进行声音的记录和重放，一直是人们不断追求奋斗的目标。（2）立体声化。双声道立体声音响设备早已十分普及。而真正的立体声——真实地再现三维空间声源方位的环绕立体声也已进入寻常百姓家庭。（3）自动化。采用微处理器担任系统控制的现代音响设备，可实现自动操作与控制，并可通过红外遥控器进行。（4）数字化。采用数字信号处理技术的数字音响设备，以其完美的音色和极高的电声性能指标赢得人们的青睐。第1章目录7／420第1章音响设备概述1.2高保真音响系统的基本组成高保真音响系统通常由高保真音源、音频放大器和扬声器系统这3大部分组成。双声道高保真音响系统的组成框图如图所示。第1章目录返回8／420第1章音响设备概述1.2.1高保真音源系统高保真音源为音响系统提供高保真的音频信号。（1）调谐器。调谐器是一台不包括功放和扬声器的高性能收音机。可以提供高保真的音频信号。（2）录音座。录音座是一台不包括功放和扬声器的高性能录音机。（3）电唱机。电唱机是一种拾音装置。它利用拾音器将唱片声槽中记录着声音信息的振动轨迹变换成相应的音频信号。（4）CD唱机。CD唱机利用激光束，以非接触方式将CD唱片上记录的声音信息的数字编码信号检拾出来，经解码器把数字信号变换为模拟音频信号。（5）VCD影碟机。VCD的声音和图像数据在经过压缩处理之后，不仅可以输出音频信号，同时还输出视频信号，且使声音接近于CD机的质量，图像达到家用录像机的水平。（6）DVD影碟机。DVD影碟机是目前最高级的影音信号源。（7）传声器。传声器将声能转换为电能。各种优质音响载体通过音源设备所提供的高保真音频信号，是取得高保真音响效果的源泉。第1章目录音响系统组成图9／420第1章音响设备概述1.2.2音频放大器音频放大器是音响系统的主体，包括前置放大器和功率放大器两部分，必要时可以插入图示均衡器。（1）前置放大器。前置放大器具有双重功能，即选择音源并进行音频电压放大和音质控制。前置放大器被誉为音响系统的音质控制中心。（2）图示均衡器。图示均衡器是一种为修饰美化音色而设置的音频信号处理设备。（3）功率放大器。功率放大器的作用是放大来自前置放大器的音频信号，产生足够的不失真功率，以推动扬声器发声。功率放大器性能优劣直接关系到音响系统的放音质量，其衡量指标主要有频率特性、谐波失真和输出功率等。第1章目录音响系统组成图10／420第1章音响设备概述1.2.3扬声器系统扬声器系统由扬声器、分频器和箱体三个部分组成，其作用是将功率放大器输出的音频信号分频段不失真地还原成原始声音。扬声器系统对重放声音的音质有着举足轻重的影响。（1）扬声器。扬声器是一种电声换能器。音响系统中使用最多的是电动式扬声器，（2）分频器。在高保真音响系统中，通常采用分频的方法，利用各种扬声器的特长，分别承担低频、中频或高频段声音的重放任务。低频段宜用大口径锥形扬声器，中高频段可用球顶形或号筒式扬声器。分频器的作用是为各频段扬声器选出相应频段的音频信号，并正确分配给各扬声器的信号功率。（3）箱体。扬声器振膜前后所辐射的声波是互为反相的，其中低频声波因绕射而造成的相位干涉会削弱其辐射功率。为了提高扬声器的低频效率，应把扬声器装在箱体里。常见的音箱有封闭式和倒相式等。第1章目录音响系统组成图11／420第1章音响设备概述1.3音响设备的基本性能指标高保真音响设备最主要的性能指标有：（1）频率范围：也称为频率特性或频率响应，其含义是指各种放声设备能重放声音信号的频率的范围，以及在此范围内允许的振幅偏差程度（允差或容差）。频率范围越宽，振幅容差越小，语言和音乐信号通过该设备时的频率失真和相位失真也就越小，则音质也就越好。（2）谐波失真：由于各音响设备中的放大器存在着一定的非线性，导致音频信号通过放大器时产生新的各次谐波成分，由此而造成的失真称为谐波失真。谐波失真使声音失去原有的音色，严重时使声音变得刺耳难听。（3）信噪比：又称信号噪声比，是指有用信号功率与噪声功率之比，记为S/N，通常用分贝值（dB）表示。信噪比越大，表明混在信号里的噪声越小，重放的声音越干净，音质越好。第1章目录12／420第1章音响设备概述1.4声音的基本知识包括声音的基本性质、听觉的基本特性、立体声基本原理等。1.4.1声音的基本性质1．声波的传播特性声波在传播中会产生反射、折射、绕射和干涉等现象。（1）反射和折射。声波从一种媒质进入另一种媒质的分界面时，会产生反射现象。遇到障碍物时，还有一部分声波将进入障碍物而产生折射。（2）绕射。当声波遇到墙面或其他障碍物时，会有一部分声波绕过障碍物的边缘而继续向前传播，这种现象称为绕射。（3）干涉。干涉是指一些频率相同的声波在传播中互相叠加后会使声波在有的地方增强，有的地方削弱的现象。除了上述3种主要特性外，声波在传播过程中还有吸收与透过现象、谐振现象、衰减现象等特性。。第1章目录13／420第1章音响设备概述2．声音的三要素声音主要是通过音量、音调、音色这3个要素来表现其特性的。（1）音量。音量又称响度，是指人耳对声音强弱的主观感受。音量的大小主要取决于声波的振幅大小。（2）音调。音调又称音高，是指人耳对声音的调子高低的主观感受。音调主要取决于声波的基波频率。（3）音色。音色是指人耳对声音特色的主观感受。音色主要取决于声音的频谱结构。第1章目录返回14／420第1章音响设备概述1.4.2人耳听觉的基本特性1．人耳听觉范围可闻声、听阈和痛域决定了人耳的听觉范围。（1）可闻声。可闻声是指正常人可以听到的声音，其频率范围为20Hz～20kHz，称为音频。（2）听阈。可闻声必须达到一定的强度才能被听到，正常人能听到的强度范围为0～140dB。使声音听得见的最低声压级称为听觉阈值，它和声音的频率有关。在良好的听音环境中，听力正常的青年人，在800～5000Hz频率范围内的听阈十分接近于零分贝（对应的声波的声压值为0.00012帕）。（3）痛域。使耳朵感到疼痛的声压级称为痛域，它与声音的频率关系不大。通常声压级达到120dB时，人耳感到不舒适；声压级大于140dB时，人耳感到疼痛；声压级超过150dB时，人耳会发生急性损伤。第1章目录15／420第1章音响设备概述2．听觉等响特性听觉等响特性是反映人们对不同频率的纯音的响度感觉的基本特性，通常用等响曲线来表示。（1）人耳对3～4kHz频率范围内的声音响度感觉最灵敏。人耳对低频和高频声音的灵敏度都要降低。（2）声压级越高，等响曲线越趋于平坦，声压级不同，等响曲线有较大差异，特别是在低频段。所以，在放音时，特别是小音量放音时，就需要等响控制电路来补偿。第1章目录返回16／420第1章音响设备概述3．听觉阈值特性听觉阈值特性就是指人耳对不同频率的声音具有不同的听觉灵敏度的特性。通常情况下，正常人能听到的声音强度范围为0～140dB。人耳在800Hz～5kHz频率范围内的听阈十分接近于0dB，而对100Hz以下的信号或18kHz以上的信号的听觉灵敏度却大大降低。4．听觉掩蔽特性听觉掩蔽特性，是指一个较强的声音往往会掩盖住一个较弱的声音，使较弱的声音不能被听到。这种掩蔽特性有频域掩蔽和时域掩蔽。（1）频域掩蔽。是指一个幅度较大的频率信号会掩蔽相邻频率处的幅度相对较小的频率信号，使小信号不能被听不见。（2）时域掩蔽。是指在时间上，一个强信号会掩蔽掉前后一段时间内的较弱的声音，使之不能被听到。第1章目录听觉掩蔽特性图17／420第1章音响设备概述第1章目录时域掩蔽特性频域掩蔽特性返回18／420第1章音响设备概述1.4.3立体声基本知识1．立体声基本概念立体声是指具有方位感、层次感、临场感等空间分布特性的声音。用立体声音响技术来传播和再现声音，不仅能反映出声音的空间分布感，而且能够提高声音的层次感、清晰度和透明度，明显地改善重放声音的质量，大大地增强临场效果。第1章目录2.立体声的成分立体声的成分可以分为直达声，反射声，混响声三类：返回19／420第1章音响设备概述2．立体声的成分在音乐厅中，立体声的成分可以分为3类：第一类为直达声。它们从舞台上直接传播到听众的左、右耳。同一声音到达双耳所形成的声级差和时间差对判断乐器的方位起着决定作用。直达声能帮助人们确定声源方位。第二类为反射声。它们是从音乐厅内的表面上经过一次反射后，到达听众耳际的声音，约比直达声晚十几到几十毫秒到达耳际。反射声给人空间感，可以感觉到音乐厅的空间大小。第三类为混响声。是指声音在厅堂内经过各个边界面和障碍物多次无规则的反射后，形成漫无方向、弥漫整个空间的袅袅余音。混响给人包围感，可以感受到声音在三维空间环绕。反射声和混响声共同作用，综合形成现场环境音响气氛，即产生所谓临场感。优良的立体声应能再现这些要素。第1章目录20／420第1章音响设备概述3．立体声的特点（1）具有明显的方位感和分布感。（2）具有较高的清晰度。（3）具有较小的背景噪声（4）具有较好的空间感、包围感和临场感。4．立体声定位机理立体声的定位机理主要是通过人的双耳效应和耳廓效应进行的。（1）双耳效应。是指人的大脑能够根据声音到达两只耳朵的声级差Lp、时间差t、相位差φ等因素来确定声音方位。这是人能够确定声音方位的最主要因素。（2）耳廓效应。是指根据人耳的耳廓形状的特点，当声源的声波传到人耳时，进入耳道的直达声与由耳廓产生的反射声之间的时间差和相位差来对声音进行辅助定位。第1章目录21／420第1章音响设备概述1.4.4环绕立体声1．什么是环绕立体声（1）环绕立体声一种能使重放的声场具有回旋的、缭绕的、空间的环绕感觉，使聆听者犹如置身于真实的实际声场中的多声道立体声系统。（2）环绕立体声与双声道立体声相比，不同之处在于它除了具有前方的左右主声道外，还增加了后方的环绕声道，因而大大增强了声像的纵深感和临场感。（3）通常所指的环绕声，就是指声场中位于聆听者后方的声场，这个后方声场主要由混响声构成，其特点是无固定方向，均匀地向各个方向传播。。2．环绕立体声系统的类型。目前环绕立体声系统主要有以下4种。（1）多声道环绕声系统。它不能与双声道立体声系统兼容。（2）杜比环绕声系统。杜比环绕声系统是一种能兼容双声道立体声的多声道环绕立体声系统。（3）虚拟环绕声系统。虚拟环绕声系统是利用虚拟扬声器技术来再现三维（3D）环绕立